综采工作面过断层围岩控制技术_禹洋.pdf

782023 年第 2 期收稿日期 2022-08-08作者简介 禹洋（1988），男，山西霍州人，2016 年毕业于山西大同大学采矿工程专业，本科，工程师，现就职于山西焦煤霍州煤电店坪煤矿，从事煤矿安全生产管理工作。综采工作面过断层围岩控制技术禹 洋（山西焦煤霍州煤电店坪煤矿，山西 吕梁 033102）摘 要 店坪煤矿 302 工作面俯斜过断层回采期间，受回采工艺以及构造应力影响，俯斜段顶板稳定性差，支架支护难度大，出现局部冒漏现象。分析了断层区围岩破碎机理，并对俯斜段围岩采取注浆加固以及梯形锚索梁联合支护技术。实际应用效果表明：支护优化后断层区围岩失稳现象得到了有效控制，避免了围岩破碎垮落事故发生。关键词 综采；断层；俯斜；加固中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.029Control Technology of Surrounding Rock Passing Through Fault in Fully Mechanized Mining FaceYu Yang(Shanxi Coking Coal Huozhou Coal and Power Diandianping Coal Mine,Shanxi Lliang 033102)Abstract:During the mining period of the 302 working face inclined through fault in Diandianping Coal Mine,due to the influence of the mining technology and tectonic stress,the roof stability of inclined section is poor,support is difficult,and local leakage occurs.The crushing mechanism of the surrounding rock in the fault zone is analyzed,and the combined support technology of the grouting reinforcement and trapezoidal anchor cable beam is adopted for the surrounding rock in the inclined section.The practical application results show that the instability phenomenon of surrounding rock in fault area is effectively controlled after support optimization,and the occurrence of surrounding rock fragmentation and collapse accident is avoided.Key words:fully mechanized mining;fault;inclined;reinforcement禹 洋：综采工作面过断层围岩控制技术禹 洋：综采工作面过断层围岩控制技术1 概述山西焦煤霍州煤电店坪煤矿 302 工作面布置在三采区西翼，东部为井田边界，西部为三采区运输巷、皮带巷、回风巷，南部为实煤区，北部为 210工作面（已回采）。工作面上覆对应为3煤层采空区，层间距为 57 m。302 工作面走向长 1744 m，倾斜长220 m，回采煤层为 5#层，煤层总厚 2.63.8 m，平均3.1 m。煤层倾角312，平均7，结构复杂，发育有两层夹石。工作面直接底为 7.77 m 的灰白色细粒砂岩，成分以石英为主，其次是长石、云母。302 工作面顺槽均沿 5#煤层顶底板掘进，巷道为矩形断面，宽度为 4.8 m，高度为 3.0 m，顶板采用锚网梁+锚索复合支护。302 工作面回采期间预计揭露 12 条正断层，陷落柱 4 条，断层平均落差为 1.8 m，倾角为 52。其中工作面前期回采已揭露 4 条断层，最大落差为1.2 m。工作面回采至 505 m 时，位于工作面尾部揭露 F5 正断层，断层落差为 3.0 m，倾角为 52，前方为下降盘。受断层牵引影响，工作面尾部煤壁片帮严重，造成端面距加大，端面以及尾部三角煤柱破碎严重。位于 92#99#支架前方端面距达 1.6 m，位于 82#104#支架前方煤壁片帮长度达 27 m，86#88#支架前方顶板已出现小范围冒漏。2 过 F5 断层回采工艺及需要关注的问题2.1 过 F5 断层回采工艺由于工作面揭露的 F5 断层落差大，采用传统强行破岩法过断层时破岩量大、断层区煤柱回采率低，研究决定采用俯斜回采工艺过 F5 断层。采煤机从 75#支架开始以 12俯角下山回采，俯斜回采期间对工作面伪斜进行微调，每俯斜长度792023 年第 2 期禹 洋：综采工作面过断层围岩控制技术禹 洋：综采工作面过断层围岩控制技术达 10 m 时及时超前分段移架，俯斜回采时对断层下盘预留顶煤，当工作面俯斜回采 20 m 后完全揭露下盘煤体时采煤机以近水平角度回采。2.2 过断层需要关注的问题（1）回采工艺影响。302 工作面过 F5 断层时采用俯斜回采工艺，从 75#支架开始预留顶煤，预留顶煤厚度在 01.2 m。由于工作面回采的 5#煤层结构复杂，煤体内含多层夹矸，煤层在夹矸作用下出现分层、分叉现象，整体连续稳定性降低，5#煤岩体单轴抗压强度低于 20 MPa，俯斜回采时顶煤预留难度大，易垮落破碎。（2）支护强度低。302 工作面回采过程中采用ZFY7800-17/32D 液压支架进行顶板支护，工作面平直情况下回采后的支架可及时移架并对顶板进行支护，但是工作面俯斜回采时支架移架难度大，不能及时进行移架，而且支架在俯斜段顶梁很容易出现不接顶，出现支护滞后现象，在应力作用下出现顶板破碎。3 断层区围岩加固为了保证工作面俯斜回采安全，加快工作面过断层回采速度，决定对断层区围岩采取注浆加固以及施工梯形锚棚1-5。3.1 注浆加固（1）注浆加固孔布置在断层区煤壁上，即80#124#支架前方煤壁上。全部注浆孔仰斜布置，仰斜角为 45。钻孔布置在距顶板 1.5 m 处煤壁上，钻孔水平间距为 5.0 m，应力区内每排布置 10 个注浆钻孔。（2）钻孔施工完后对钻孔内安装注浆花管，注浆花管长度为 2.5 m，共计两根，采用丝扣连接。花管直径为 42 mm，采用 PVC 管制成。注浆花管四周均匀布置三排注浆射孔，孔间距为 0.3 m，直径为 10 mm。（3）注浆花管安装完成后，在孔口处安装注浆管路、接头、压力表、阀门、混合器、注浆泵等，如图 1 所示。注浆设备连接后开始注浆施工，注浆液采用马丽散与催化剂以1:1混合的有机化学材料，注浆时采用单孔逐一注浆方式，注浆压力控制在1.53.0 MPa 范围内。（4）待注浆区内浆液完全凝固后，对注浆区施工窥视孔，窥视孔直径为 75 mm，其他参数与注浆孔参数一致。窥视孔施工完后，采用窥视仪对孔壁注浆胶结情况进行检查，若注浆不到位必须补打注浆孔进行二次注浆。1、2-注浆桶；3、6、11、15-注浆管路；4-注浆泵；5-清水桶；7、8、10、12-控制阀门；9-混合器；13-压力表；14-接头；16-注浆孔图 1 注浆施工注浆设备连接示意图3.2 梯形锚索梁支护为了防止工作面俯斜回采期间端面距加大，端面顶板出现破碎、下沉现象，决定对端面距顶板施工梯形锚索梁支护。如图 2。（1）在 80#124#支架前方端面顶板上施工梯形锚索梁支护，锚索梁主要由梯形梁和锚索组成。梯形梁主要由玻璃钢圆杆、夹板等部分组成，梯形梁长度为 3.5 m，宽度为 0.5 m，梯形梁上布置三块夹板。锚索长度为 4.3 m，直径为 21.8 mm，每架梯形梁配套两根锚索。（2）每架梯形棚两根锚索安装间距为 1.75 m，锚索孔深度为 4.0 m，采用锚固剂进行端头锚固。锚索控制外露长度为 0.3 m，两根锚索外露端安装梯形梁后及时预紧，保证梯形梁与顶板完全贴合。（3）梯形锚索梁与工作面煤壁平行布置，布置排距为 1.0 m，布置间距为 1.5 m，锚索梁支护后支架采用带压擦顶移架。图 2 302 工作面围岩支护剖面示意图（mm）3.3 其他措施（1）若煤壁片帮严重采用注浆无法有效加固时，对工作面铺设柔性纤维网，纤维网采用梯形梁固定。当工作面截割时，将纤维网收起，当工作面割煤后及时将纤维网放下，利用 2 寸钢管作为戗木将纤维网进行支撑与煤壁进行贴合。（2）当煤壁出现大面积片帮时，对煤壁施工（下转第 86 页）862023 年第 2 期供了设备和技术支撑。实践表明，1009 辅运顺槽快速掘进单进提升到 560 m/月，单进水平提升了40%，实现了快速掘进的目标。（2）监测结果表明，在快速掘进过程中，1009 辅运顺槽巷道围岩变形在安全范围内，且要好于之前不采用快速掘进技术的巷道状况。快速掘进过程中顺槽瓦斯涌出保持在安全值范围内，说明快速掘进过程中采取的瓦斯防治方案有效。黄陵一号矿煤巷快速掘进技术的实践应用取得显著效果，在掘进效率大幅提高的情况下，巷道围岩基本保持稳定，瓦斯涌出量处于安全值内。6 结语针对井下工况以及甲烷浓度范围设计了分布式光纤甲烷监测系统，重点对浓度监测的准确性、系统的稳定性和灵敏性进行了测试，并在现场得到应用。（1）采用 1450 nm 环形器的 WDM 光分束器对调制后的激光进行光路分布，经过光电信号转化、放大和调理后，经 AD 转化器转化为数字信号，通过信号处理模块运算后输出监测结果。（2）通过示值对比试验验证系统监测甲烷浓度与实际值最大偏差不超过 0.003%，通过两轮二十次重复性试验绘制的甲烷浓度值曲线重合性好，系统稳定性良好。【参考文献】1 王恩元，李忠辉，李保林，等.煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台与应用 J.煤炭科学技术，2022，50（01）：142-150.2 张国玉，郑光辉，刘炳权，等.KJ90X 安全监控系统在赛蒙特尔煤矿的验收测试 J.煤炭技术，2021，40（07）：178-180.3 刘统玉，王兆伟，李振，等.激光/光纤传感技术研究及其在煤矿安全监测预警中的应用 J.激光与光电子学进展，2021，58（13）：233-243.4 潘瑞.无线传感器网络在煤矿井下环境监测中的应用 J.山西化工，2021，41（03）：141-144.5 赵章.井下突发状态监测与人员紧急救援协同系统的研究 J.煤矿现代化，2021（01）：48-51.6 赵任栋，高志誉.基于 ZigBee 无线传感器的煤矿监测管理系统设计与实现 J.电脑编程技巧与维护，2020（10）：95-96+109.7 袁亮.煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术 研 究 进 展 J.煤 炭 学 报，2020，45（05）：1557-1566.两排玻璃钢锚杆进行支护。采用的玻璃钢锚杆长度为 2.0 m，直径为 25 mm，第一排锚杆与顶板间距为 0.5 m 且以 15仰角布置，锚杆排距为 1.0 m，间距为 2.0 m。4 结语截至 2021 年 12 月 14 日，302 工作面已回采至575 m 处，工作面已顺利通过断层区。在回采过程中顶煤未出现垮落，最大端面距控制在0.3 m以下，端面顶板下沉、离层现象得到了有效控制，煤壁片帮深度低于 0.6 m，保证了工作面回采安全。（上接第 79 页）（上接第 82 页）【参考文献】1 景晋兵.破碎围岩预掘回撤通道围岩支护技术研究 J.煤，2022，31（07）：79-80+85.2 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